asm, c, c++ are my all
-- Core In Computer
posts - 139,  comments - 123,  trackbacks - 0

C/C+语言struct深层探索

出处:PConline

1. struct的巨大作用
  面对一个人的大型C/C++程序时,只看其对struct的使用情况我们就可以对其编写者的编程经验进行评估。因为一个大型的C/C++程序,势必要涉及一些(甚至大量)进行数据组合的结构体,这些结构体可以将原本意义属于一个整体的数据组合在一起。从某种程度上来说,会不会用struct,怎样用struct是区别一个开发人员是否具备丰富开发经历的标志。

  在网络协议、通信控制、嵌入式系统的C/C++编程中,我们经常要传送的不是简单的字节流(char型数组),而是多种数据组合起来的一个整体,其表现形式是一个结构体。

  经验不足的开发人员往往将所有需要传送的内容依顺序保存在char型数组中,通过指针偏移的方法传送网络报文等信息。这样做编程复杂,易出错,而且一旦控制方式及通信协议有所变化,程序就要进行非常细致的修改。

  一个有经验的开发者则灵活运用结构体,举一个例子,假设网络或控制协议中需要传送三种报文,其格式分别为packetA、packetB、packetC:

struct structA
{
int a;
char b;
};

struct structB
{
char a;
short b;
};

struct structC
{
int a;
char b;
float c;
}
  优秀的程序设计者这样设计传送的报文:

struct CommuPacket
{
int iPacketType;  //报文类型标志
union      //每次传送的是三种报文中的一种,使用union
{
  struct structA packetA;
  struct structB packetB;
  struct structC packetC;
}
};
  在进行报文传送时,直接传送struct CommuPacket一个整体。

  假设发送函数的原形如下:

// pSendData:发送字节流的首地址,iLen:要发送的长度
Send(char * pSendData, unsigned int  iLen);
发送方可以直接进行如下调用发送struct CommuPacket的一个实例sendCommuPacket:
Send( (char *)&sendCommuPacket , sizeof(CommuPacket) );
假设接收函数的原形如下:
// pRecvData:发送字节流的首地址,iLen:要接收的长度
//返回值:实际接收到的字节数
unsigned int Recv(char * pRecvData, unsigned int  iLen);
  接收方可以直接进行如下调用将接收到的数据保存在struct CommuPacket的一个实例recvCommuPacket中:

Recv( (char *)&recvCommuPacket , sizeof(CommuPacket) );
  接着判断报文类型进行相应处理:

switch(recvCommuPacket. iPacketType)
{
    case PACKET_A:
    …    //A类报文处理
    break;
    case PACKET_B:
    …   //B类报文处理
    break;
    case PACKET_C:
    …   //C类报文处理
    break;
}
  以上程序中最值得注意的是

Send( (char *)&sendCommuPacket , sizeof(CommuPacket) );
Recv( (char *)&recvCommuPacket , sizeof(CommuPacket) );
  中的强制类型转换:(char *)&sendCommuPacket、(char *)&recvCommuPacket,先取地址,再转化为char型指针,这样就可以直接利用处理字节流的函数。

  利用这种强制类型转化,我们还可以方便程序的编写,例如要对sendCommuPacket所处内存初始化为0,可以这样调用标准库函数memset():

memset((char *)&sendCommuPacket,0, sizeof(CommuPacket));

2. struct的成员对齐
  Intel、微软等公司曾经出过一道类似的面试题:
1. #include <iostream.h>
2. #pragma pack(8)
3. struct example1
4. {
5. short a;
6. long b;
7. };
8. struct example2
9. {
10. char c;
11. example1 struct1;
12. short e;   
13. };
14. #pragma pack()
15. int main(int argc, char* argv[])
16. {
17. example2 struct2;
18. cout << sizeof(example1) << endl;
19. cout << sizeof(example2) << endl;
20. cout << (unsigned int)(&struct2.struct1) - (unsigned int)(&struct2) << endl;
21. return 0;
22. }
  问程序的输入结果是什么?
  答案是:
8
16
4
  不明白?还是不明白?下面一一道来:
2.1 自然对界
  struct是一种复合数据类型,其构成元素既可以是基本数据类型(如int、long、float等)的变量,也可以是一些复合数据类型(如array、struct、union等)的数据单元。对于结构体,编译器会自动进行成员变量的对齐,以提高运算效率。缺省情况下,编译器为结构体的每个成员按其自然对界(natural alignment)条件分配空间。各个成员按照它们被声明的顺序在内存中顺序存储,第一个成员的地址和整个结构的地址相同。
  自然对界(natural alignment)即默认对齐方式,是指按结构体的成员中size最大的成员对齐。
  例如:
struct naturalalign
{
char a;
short b;
char c;
};
  在上述结构体中,size最大的是short,其长度为2字节,因而结构体中的char成员a、c都以2为单位对齐,sizeof(naturalalign)的结果等于6;
  如果改为:
struct naturalalign
{
char a;
int b;
char c;
};
  其结果显然为12。

2.2指定对界
  一般地,可以通过下面的方法来改变缺省的对界条件:
  · 使用伪指令#pragma pack (n),编译器将按照n个字节对齐;
  · 使用伪指令#pragma pack (),取消自定义字节对齐方式。
  注意:如果#pragma pack (n)中指定的n大于结构体中最大成员的size,则其不起作用,结构体仍然按照size最大的成员进行对界。
  例如:
#pragma pack (n)
struct naturalalign
{
char a;
int b;
char c;
};
#pragma pack ()
  当n为4、8、16时,其对齐方式均一样,sizeof(naturalalign)的结果都等于12。而当n为2时,其发挥了作用,使得sizeof(naturalalign)的结果为8。
  在VC++ 6.0编译器中,我们可以指定其对界方式,其操作方式为依次选择projetct > setting > C/C++菜单,在struct member alignment中指定你要的对界方式。
  另外,通过__attribute((aligned (n)))也可以让所作用的结构体成员对齐在n字节边界上,但是它较少被使用,因而不作详细讲解。

2.3 面试题的解答
  至此,我们可以对Intel、微软的面试题进行全面的解答。
  程序中第2行#pragma pack (8)虽然指定了对界为8,但是由于struct example1中的成员最大size为4(long变量size为4),故struct example1仍然按4字节对界,struct example1的size为8,即第18行的输出结果;
  struct example2中包含了struct example1,其本身包含的简单数据成员的最大size为2(short变量e),但是因为其包含了struct example1,而struct example1中的最大成员size为4,struct example2也应以4对界,#pragma pack (8)中指定的对界对struct example2也不起作用,故19行的输出结果为16;
  由于struct example2中的成员以4为单位对界,故其char变量c后应补充3个空,其后才是成员struct1的内存空间,20行的输出结果为4。

posted on 2006-07-06 21:20 Jerry Cat 阅读(183) 评论(0)  编辑 收藏 引用

只有注册用户登录后才能发表评论。
【推荐】超50万行VC++源码: 大型组态工控、电力仿真CAD与GIS源码库
网站导航: 博客园   IT新闻   BlogJava   知识库   博问   管理



<2006年7月>
2526272829301
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
303112345

常用链接

留言簿(7)

随笔档案

最新随笔

搜索

  •  

最新评论

阅读排行榜

评论排行榜